(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210972973.6 (22)申请日 2022.08.15 (71)申请人 武汉理工大 学 地址 430070 湖北省武汉市洪山区珞狮路 122号 (72)发明人 李应刚　陈鼎康　李洵语　胡蜜　 李晓彬　 (74)专利代理 机构 湖北武汉 永嘉专利代理有限 公司 42102 专利代理师 王杰 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 119/20(2020.01) (54)发明名称 适用于船舶机械设备低频隔振的板架超结 构设计方法 (57)摘要 本发明涉及一种适用于船舶机械设备低频 隔振的板架超结构设计方法， 包括： 确定所需隔 振频率范围； 针对船体板架结构， 在纵向加强筋 与横向加强筋交叉区域间隔地布置局域共振子； 分别建立船体板架超结构原胞模型和船体板架 超结构有限周期模型， 通过船体板架超结构原胞 模型得到 船体板架超结构的能带结构， 通过船体 板架超结构有 限周期模型输出振动传输特性曲 线， 验证带隙位置与宽度的正确性； 确定船体板 架超结构的结构尺寸； 在振源与保护区域中间的 船体板架结构上增设局域共振子； 验证局域共振 子布置方式的有效性。 本发明实现了对船舶机械 设备500Hz以下中低频段振动噪声的有效隔离， 可通过对局域共振子的尺寸以及间隔设计， 实现 对特定频率范围的减 振。 权利要求书1页 说明书4页 附图3页 CN 115408833 A 2022.11.29 CN 115408833 A 1.一种适用于船舶机械设备低频隔振的板架超结构设计方法， 所述板架超结构包括船 体板架结构和附加周期性 排列的局域共 振子， 其特 征在于， 所述设计方法包括以下步骤： S1、 对船舶典型机 械设备振动激励源进行分析， 确定所需隔振频率范围； S2、 针对船体板架结构， 考虑到模型的连续性， 在纵向加强筋与横向加强筋交叉区域间 隔地布置局域共振子； 分别建立船体板架超结构原胞模型和船体板架超结构有限周期模 型； S3、 在船体板架超结构原胞模型x和y方向施加Floquet周期性边界条件， 沿着Γ ‑X‑M‑ Γ方向波矢进行参数扫描， 求解各个波矢下结构的本征模式和本征频率， 以波矢方向为横 坐标， 本征频率为纵坐标得到船体板架超结构的能带结构； 在船体板架超结构有限周期模 型左侧施加加速度激励 模拟振源振动， 在右侧输出加速度响应， 输出振动传输特性曲线； 将 能带结构与传输特性进行比对， 验证带隙位置与宽度的正确性； S4、 改变局域共振子宽度、 高度及其纵、 横向间隔， 对船体板架超结构原胞模型进行多 次仿真计算， 综合考虑包括结构轻量化、 所需禁带范围在内的因素确定船体板架超结构的 结构尺寸； S5、 确定振源与保护区域相对位置， 在振源与保护区域中间的船体板架结构上增设S4 所确定结构尺寸和间隔的局域共 振子， 建立实际尺寸船体板架超结构模型； S6、 在振源处施加加速度激励， 计算实际尺寸船体板架超结构模型本征位移场， 验证局 域共振子布置方式的有效性， 完成船体板架结构的设计。 2.根据权利要求1所述的适用于船舶机械设备低频隔振的板架超结构设计方法， 其特 征在于， 振动控制的频率范围为0 ‑500Hz。 3.根据权利要求1所述的适用于船舶机械设备低频隔振的板架超结构设计方法， 其特 征在于， 所述船体板架结构包括甲板和 安装于所述甲板底面的纵向加强筋与横向加强筋， 所述纵向加强筋采用T型 材， 所述横向加强筋采用L型 材。 4.根据权利要求1所述的适用于船舶机械设备低频隔振的板架超结构设计方法， 其特 征在于， 所述板架超结构的 晶格形式为矩形， 所述局域共 振子为长方体结构。 5.根据权利要求4所述的适用于船舶机械设备低频隔振的板架超结构设计方法， 其特 征在于， 所述板架超 结构的纵向晶格 常数a和横向晶格 常数b均在300 ‑800mm范围内； 所述局 域共振子的宽度l和高度h均在0.15a ‑0.35a范围内； 局域共振子的纵向间隔m和横向间隔n 分别满足m＝a， n ＝b。 6.根据权利要求1所述的适用于船舶机械设备低频隔振的板架超结构设计方法， 其特 征在于， 局域共 振子与船体板架结构材 料均为船用钢。 7.根据权利要求1所述的适用于船舶机械设备低频隔振的板架超结构设计方法， 其特 征在于， 步骤S2中采用COMSOL  Multiphysics软件分别建立船体板架超结构原胞模型以及 船体板架超结构有限周期模型， 其中， 局域共振子采用实体单元进 行建模， 船体板架结构采 用壳单元进行建模； 对壳单元采用自由三角形网格进行网格划分， 对实体单元采用扫掠的 方式划分网格； 分别为实体单元与壳单元添加材料属性， 主要包括杨氏模量、 泊松比和密 度； 添加多物理场耦合， 实现实体 ‑壳连接。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115408833 A 2适用于船舶机械设 备低频隔 振的板架超 结构设计方 法 技术领域 [0001]本发明属于船舶机械设备隔振技术领域， 具体涉及一种适用于船舶机械设备低频 隔振的板架超结构设计方法。 背景技术 [0002]海上交通行业蓬勃发展， 船舶振动辐射噪声污染问题也日趋严峻。 船舶振动噪声 不仅影响船员正常的休息和工作， 而容易损伤听力系统， 可能引发噪声性耳聋、 记忆力减退 等症状。 2014年国际海事组织(IMO)通过 《船上噪声等级规则》 ， 对 船舶设计及其减振降噪性 能提出了更高要求。 [0003]船舶振动噪声激励源主要包括机械激励、 螺旋桨激励以及波浪激励， 具有功率较 大、 频谱分布范围广的特点。 机械噪声激励源主要通过船体板架结构 中低频弯曲波形式传 递振动并向空气和水中辐射噪声， 严重影响船舶 振动噪声舒适性与隐蔽性。 目前， 船舶减振 降噪技术主要有被动控制技术与主动控制技术。 被动控制技术可使全频段振动量级得到降 低， 但在低频振动线谱控制方面仍然极具挑战。 主动控制技术是低频振动线谱控制的有效 手段， 然而其存在系统稳定性、 可靠性以及环境适应性等技术瓶颈问题， 很多研究还处在试 验阶段， 尚未广泛投入工程应用。 [0004]为实现船体机械设备结构低频段隔振目的， 可在船舶板架结构设计中引入可实现 局域共振的声子晶体结构 。 声子晶体结构是一种由原胞材料在空间周期排布复合而成的介 质， 该类型结构具有禁带特性， 即某个频率范围内的弹性波  (振动波或声波)不能通过声子 晶体继续传播。 通过改变材料属性、 组合方式、 周期分布等方式可对不同频段的带隙特性进 行调整。 当处于禁带频率范围内的弹性波进入超结构， 由于受其内部周期结构的散射作用 或局域共振效应， 禁带内的弹性波 无法透过结构继续传播， 形成弹性波禁带。 声子晶体结构 概念的提出为 解决结构低频振动和 辐射噪声控制提供了新思路。 [0005]中国专利CN2020 108446478公开了一种承载隔振一体化的板壳超结构及其设计方 法， 包括板壳和若干微结构组元； 微结构组元为等截面块状结构， 其截面轮廓线由底边和两 条类反正弦函数曲线组成， 两条类反正弦函数曲线的交点形成喙尖； 微结构组元 的底面与 板壳连接； 若干微结构组元周期性排布组成 阵列分隔振源和被保护对 象。 当振源激发的弹 性波沿板壳从任意方向传播至阵列周围时， 微结构组元在弹性波影响下发生弯曲和扭转振 动， 微结构会对板壳产生力和力矩作用， 从而抑制板壳中弹性波的传播， 实现了板壳中高频 段任意方向入射弹性波的隔离。 结构简单， 加工方便， 能同时对被保护对象和振源进行隔 离， 兼具良好的承载和隔振能力。 但是该专利仍然存在以下缺点： 其微结构组元较为复杂， 对加工精度要求较高； 上述设计方法主要针对光板结构， 对较为复杂的船体板架结构适用 性较差， 且主 要针对中 高频段弹性波的隔振， 无法实现对船舶中低频弹性波的有效隔离 。 发明内容 [0006]本发明要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足， 提供一种适用于船说　明　书 1/4 页 3 CN 115408833 A 3